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气溶胶探测仪CCD成像系统的设计

Design and Implementation of CCD Imaging System for Aerosol Detector

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摘要

设计了吸收性气溶胶探测仪CCD成像系统,该系统的硬件包括驱动时序电路、预处理和模拟前端电路、电源管理电路、FPGA主控单元,以及Camera Link通信电路等。提出一种带有反向转移的驱动时序来消除帧转移过程的残余电荷,并对该CCD成像系统性能进行测试验证。实验结果表明,该成像系统能稳定输出14 bit图像数据,帧频为1.8 frame/s,最短曝光时间为17.28 ms,非线性度误差为1.68%,当曝光饱和度为80%时,成像信噪比为54.36 dB,CCD可探测信号的动态范围为61.55 dB,可满足探测仪输出稳定、时间分辨率高、线性性能优、信噪比高、信号动态范围大的工作需求。

Abstract

A CCD imaging system in the absorbent aerosol detector is designed, whose hardware includes timing driving circuit, pre-processing and analog-front-end circuit, power management circuit, FPGA main control unit, Camera Link communication circuit, and so on. A kind of driving timing with reverse transfer is introduced to effectively eliminate the residual charge in the frame transfer process and improve the signal-to-noise ratio. The performance of this CCD imaging system is tested. The experimental results show that as for this imaging system, the 14 bit image data can output steadily with a frame frequency of 1.8 frame/s, the shortest exposure time of 17.28 ms and a nonlinearity error of 1.68%. Under the condition of 80% saturation exposure, the imaging signal-to-noise ratio is 54.36 dB, and the dynamic range of CCD detectable signals is 61.55 dB. The operational requirements of this detector such as stable output, high time resolution, excellent linear performance, high signal-to-noise ratio, and large dynamic range of signals are satisfied.

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中图分类号:TP23

DOI:10.3788/cjl201845.1110001

所属栏目:遥感与传感器

基金项目:国家自然科学基金(41005013)

收稿日期:2018-04-18

修改稿日期:2018-05-09

网络出版日期:2018-05-22

作者单位    点击查看

梁少林:中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
王咏梅:中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
贾楠:中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
石恩涛:中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
毛靖华:中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190

联系人作者:梁少林(shaolin_liang@163.com); 王咏梅(wym@nssc.ac.cn);

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引用该论文

Liang Shaolin,Wang Yongmei,Jia Nan,Shi Entao,Mao Jinghua. Design and Implementation of CCD Imaging System for Aerosol Detector[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(11): 1110001

梁少林,王咏梅,贾楠,石恩涛,毛靖华. 气溶胶探测仪CCD成像系统的设计[J]. 中国激光, 2018, 45(11): 1110001

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